JP3039543B1 - はんだ印刷装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】任意の形状の部品に適用可能なはんだ印刷用治
具を提供すること。 【解決手段】はんだ印刷用治具において、部品の形状と
対応したパターンを有するマスクスクリーン１１と、マ
スクスクリーン吸着手段２１を備えたマスクスクリーン
固定台２０と、マスクスクリーン固定台２０の内部に配
置され、部品吸着手段２３を備えた基台２２と、基台２
２を昇降させる昇降装置２５とを備える。本発明によれ
ば、基台２２上に部品１２を搭載し、マスクスクリーン
１１と部品１２との位置合わせを行った後に部品を基台
２２に固定してクリームはんだの印刷を行うように構成
したので、任意の形状の部品にはんだ印刷等の作業を実
施可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ印刷用治具
に関し、特に任意の形状の部品に適用可能なはんだ印刷
用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣパッケージとして、高密度実
装可能なＢＧＡ（ホ゛ールク゛リット゛アレイ）型パッケージあるい
はＣＳＰ（チッフ゜サイス゛ハ゜ッケーシ゛）といったパッケージが実
装部品に採用されている。例えばＢＧＡ型パッケージの
裏面には端子として多数の円形のランドが設けられ、そ
の上にはんだボールが溶着されている。このＢＧＡ型パ
ッケージのプリント基板への実装時には、まずマスクス
クリーンを使用して基板側のランドにクリームはんだを
印刷／塗布し、次にＢＧＡ型パッケージをマウントす
る。そして、プリント基板全体を熱風等によって加熱す
ることによってはんだボールが溶融し、再び冷却するこ
とによってはんだが固化してＢＧＡ型パッケージとプリ
ント基板との接着および接続が完了する。

【０００３】一方、ＢＧＡ型パッケージなどの不良部品
の取り替えなどの補修作業の場合には、プリント基板に
はすでに多数の部品がマウントされているので、プリン
ト基板のＢＧＡ型パッケージのマウント箇所のランドに
マスクスクリーンでクリームはんだを塗布することが困
難である。そこで、例えば実用新案登録第３０５０２１
８号公報には、プリント基板にクリームはんだを塗布す
るのではなく、ＢＧＡ型パッケージのはんだボールにク
リームはんだを塗布するようにしたはんだ印刷用治具が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来のはんだ
印刷用治具においては、位置決め用の基台の凹入部にお
いて実装部品を保持し、また位置決め用の基台にメタル
マスク（本発明の実施例におけるマスクスクリーンと同
じもの）を保持して実装部品のはんだ塗布位置とメタル
マスクの穿孔とを対応させて、メタルマスク上面からス
キージによってはんだを刷り込んでいる。しかしなが
ら、このような治具の構造であると、はんだを刷り込ん
だ後に、実装部品からメタルマスクを引き離す作業は単
に人手によるだけなので、引き離す際にメタルマスクに
はんだが付着することが多く生じ、この結果、このよう
なはんだ印刷の作業では良好な転写率（メタルマスクの
穿孔の体積と、その穿孔を介して実際に印刷されたはん
だの体積との比。１００％が理想的な値である）が望め
ず、実装部品の不良品の取り替えなどの補修作業におい
て転写率の良好な高精度のはんだ塗布ができないという
問題点があった。また、例えばＢＧＡ型パッケージには
多数の形状のパッケージが存在するために、パッケージ
の種類毎に多数の治具が必要となるというという問題点
もあった。本発明の目的は、前記のような従来技術の問
題点を解決し、任意の形状の実装部品に良好な転写率を
もって適用可能なはんだ印刷用治具を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、はんだ印刷用
治具において、実装部品のはんだ塗布位置に対応した孔
パターンを有するマスクスクリーンと、前記マスクスク
リーンを載置するマスクスクリーン固定台と、前記マス
クスクリーンを前記マスクスクリーン固定台に固定する
マスクスクリーン固定手段と、前記マスクスクリーン固
定台の内部に配置され、前記実装部品を搭載する基台
と、前記実装部品を前記基台に固定する部品固定手段
と、前記基台を前記マスクスクリーン固定台に対して昇
降させる昇降手段とを備えたことを特徴とする。本発明
によれば、平らな基台上に部品を搭載し、マスクスクリ
ーンと部品との位置合わせを行った後に部品固定手段に
よって部品を基台に固定してクリームはんだの印刷を行
い、かつクリームはんだの印刷後、昇降手段によってマ
スクスクリーンから実装部品を引き離すように構成した
ので、良好な転写率で任意の形状の実装部品にはんだ印
刷等の作業を実施可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図１は、本発明を適用したはんだ印刷用治
具の構成を示す斜視図である。はんだ印刷用治具１０
は、上部が解放した箱型の形状をした本体と、本体内部
に配置された、実装部品を搭載する基台２２からなる。
本体は、箱型形状の４つの側壁２０を有し、該側壁２０
の上部平面によってマスクスクリーンを固定するように
なっている。このために、前記上部平面にはマスクスク
リーン吸着用の溝２１が設けられ、連通孔、パイプ２７
を介して図示しない吸引装置へ接続されている。また、
２つの角にはマスクスクリーンの位置決め用のピン２４
が設けられている。この位置決め用のピン２４は、後述
するように、はんだボール再生のときにのみ用いられる
ものである。この側壁２０によって、マスクスクリーン
固定手段を備えたマスクスクリーン固定台が形成されて
いる。

【０００７】基台２２は本体内部に設けられた基台の昇
降手段によって上下移動可能に設置されており、つまみ
２５を回転することによって基台２２が上下に昇降す
る。基台の上面は平らであり、中央部分には部品を吸着
して固定するための円筒形の蛇腹形状の吸着器２３が装
着されている。吸着器２３はパイプ２６によって図示し
ない吸引装置に接続されている。マスクスクリーン１１
は実装部品のランドの形状と対応した複数の開口部１４
を有する薄い金属製の板であり、隅の２カ所に位置決め
用の孔が設けられている。

【０００８】ＢＧＡ型パッケージのはんだボールにクリ
ームはんだを印刷する場合には、詳細は後述するが、ま
ず基台２２を上げておき、ＢＧＡ型パッケージのはんだ
ボール面を上向きにして基台２２上の中央に設置する。
基台２２上には大きさの異なる正方形のパターンが同心
に描かれているので、任意の形状のパッケージをこの正
方形パターンに合わせて配置することにより、実装部品
をほぼ基台の中心に配置することができる。

【０００９】次に、マスクスクリーン１１を被せてＢＧ
Ａ型パッケージのはんだボールがマスクスクリーン１１
の開口部１４に嵌合するように手動で位置合わせを行
う。この際、マスクスクリーンの開口部１４はピン２４
よりも大きめに開けられており、遊びがあるので、位置
あわせには支障はなく、実際上このピン２４ははんだ印
刷の際はなくてもよいものである。また、マスクスクリ
ーン１１は実装部品１２に対して正確に位置が合ってい
ればよく、本体１０や基台２２に対して正確に位置が合
っている必要はない。

【００１０】位置が合った状態で、図示しない吸引装置
を作動させると、まず実装部品１２が吸着される。次に
基台２２を下げていくとスクリーンマスク１１が本体周
囲の側壁の上部平面に設けられた溝２１に吸引されて固
定される。この時点で実装部品のはんだ塗布位置とマス
クスクリーンの孔パターンとが合った状態で実装部品１
２、マスクスクリーン１１ともに固定されたことにな
る。

【００１１】次に、スクリーン１１の上からクリームは
んだをへらで塗り、はんだボール上にクリームはんだを
塗布する。そして、基台２２をゆっくり下げると、マス
クスクリーンはマスクスクリーン固定台に固定されたま
ま、基台に吸着固定されている実装部品のみが下降し、
実装部品がマスクスクリーンから引き離される。その際
の状況を別途図示されていない顕微鏡などにより観察し
ながら実装部品の下降スピードを適切に調整することに
より、はんだボール上に所定量のクリームはんだが転写
率が良く印刷／塗布された実装部品が完成する。

【００１２】図２は、はんだ印刷用治具の構造を示す平
面図および側面図である。図２（ａ）は、基台２２（点
線で示す）を取り除いた治具を上から見た平面図であ
り、図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ側壁２０を１枚取
り除いた治具を９０度異なる方向から見た側面図であ
る。４つの側壁２０の上部平面にはマスクスクリーン吸
着用の溝２１が設けられており、連結孔３２によって全
ての溝２１がパイプ２７と連結している。

【００１３】１つの側壁の内部側面にはリニアガイド
（ローラーベアリング機構によって直線運動のみ可能に
可動台を保持する部品であり、市販されている。）３１
が固着されており、リニアガイド３１の可動台には断面
コ字状のベース部材３３が固着されている。更に、ベー
ス部材３３には基台２２が固着されている。従って基台
２２は側壁２０に対して上下に摺動可能である。ベース
部材３３の中央部には吸着器２３が装着されており、吸
着器２３の先端は基台２２よりわずかに突出している。
吸着器の先端部分は弾力性のあるプラスティック等の材
質によって形成されており、部品が吸着器２３に吸着す
ると、吸着器の蛇腹部分が収縮して部品を下方へ引っ張
り、基台２２に固定する。

【００１４】本体内部には、基台２２（およびベース部
材３３）の昇降手段である昇降装置３０が設置され、昇
降用のつまみ２５が側壁から突出している。昇降装置３
０は、つまみ２５を回転させることによって水平方向の
位置決めを行うマイクロメータ装置と、マイクロメータ
装置によって規定される水平位置を垂直方向の位置に変
換するてこ部材からなる。即ち、つまみ２５を左右に回
転させることにより、回転量に比例してピン３４が上下
する。ピン３４は、ベース部材に固定されているピン３
５と当接しているので、つまみ２５を回転させることに
より、基台２２を上下させることができる。なお上下す
る距離は最大１０ミリメートル程度あれば十分である。

【００１５】図６は、本発明の治具と吸引装置７２との
接続状態を示す説明図である。治具の吸着器２３はパイ
プ２６によって弁装置７０の一端に接続されている。ま
た、４つの側壁２０の上部平面に設けられたマスクスク
リーン吸着用の溝２１はそれぞれ連通孔３２によって連
結され、パイプ２７によって弁装置７１の一端に接続さ
れている。弁装置７０、７１の他端はそれぞれパイプに
よって吸引装置７２の負圧出力（例えば０．５気圧程
度）に接続されている。弁装置７０、７１はそれぞれつ
まみを回すことによって、吸着器２３あるいは溝２１を
吸引装置７２の負圧出力あるいは外気（開放）と接続す
る。

【００１６】図３は、本発明の治具を使用して一例とし
てＢＧＡ型パッケージにクリームはんだを印刷する工程
を示す説明図である。なお、はんだボールの大きさ等は
誇張して描かれている。ＢＧＡ型パッケージ１２のはん
だボール４０にクリームはんだを印刷する場合には、ま
ずつまみ２５を回して基台２２を上げておき、ＢＧＡ型
パッケージ１２のはんだボール面を上向きにして基台２
２上の中央に設置する。基台２２上には大きさの異なる
正方形のパターンが同心に描かれているので、任意の形
状のパッケージをこの正方形パターンに合わせて配置す
ることにより、実装部品をほぼ基台の中心に配置するこ
とができる（図３（ａ））。

【００１７】次に、マスクスクリーン１１を被せてＢＧ
Ａ型パッケージ１２のはんだボール４０がマスクスクリ
ーン１１の開口部１４に嵌合するように手動で位置合わ
せを行う（図３（ｂ））。この際、マスクスクリーンの
隅に設けられた位置決め用の孔１３はピン２４よりも例
えば０．５ミリ程度大きく開けられており、遊びがある
ので、位置あわせには支障はない。また、マスクスクリ
ーン１１は実装部品１２に対して正確に位置が合ってい
ればよく、本体１０や基台２２に対して正確に位置が合
っている必要はない。マスクスクリーン１１の開口部１
４とはんだボール４０の位置が合うと開口部１４とはん
だボール４０の上部が嵌合して位置が固定される。

【００１８】実装部品１２とマスクスクリーン１１の位
置が合った状態で、図６の弁装置７０、７１の弁を開け
て吸引させると、まず部品１２が吸着される。次に、つ
まみ２５を回して基台２２を下げていくとスクリーンマ
スク１１が本体周囲の側壁２０の上部平面に設けられた
溝２１に吸着して固定される。吸着したことは吸引音の
変化によっても判別可能である。この時点で実装部品１
２、マスクスクリーン１１ともに固定されたことになる
（図３（ｃ））。なお、基台２２を下げすぎるとはんだ
ボール４０とマスクスクリーンの開口部１４の間に隙間
ができるので、目視によって下げすぎを確認することが
でき、この場合には基台を少し上げて隙間がなくなった
ところで止める。

【００１９】次に、マスクスクリーン１１の上からクリ
ームはんだ４２をへら４１で塗り、はんだボール４０上
にクリームはんだ４２を塗布する（図３（ｄ））。この
際、はんだボール４０とマスクスクリーン１１の開口部
１４とは嵌合しているので、クリームはんだ４２がはん
だボール４０の側面に漏れ出すことはない。塗布後に、
つまみ２５を回して基台２２をゆっくり下げると、基台
２２に吸着固定されている実装部品１２が下降するの
で、マスクスクリーン１１にクリームはんだ４２が付着
することなく、はんだボール４０上に所定量のクリーム
はんだ４３が良好な転写率をもって印刷／塗布された実
装部品が完成する（図３（ｅ））。

【００２０】以上のような構造および作業によってＢＧ
Ａ型パッケージのはんだボール上に所定量のクリームは
んだを良好な転写率をもって印刷／塗布することができ
る。この際、パッケージの形状に適合したマスクスクリ
ーン１１を用意しさえすれば、治具の基台２２の上面は
平坦であるので、任意の形状のパッケージを搭載し、ク
リームはんだを良好な転写率をもって印刷／塗布するこ
とができる。

【００２１】図５は、本発明の治具を使用してＱＦＰパ
ッケージ６０にクリームはんだを印刷／塗布する工程を
示す説明図である。工程はほぼ図３に示したＢＧＡ型パ
ッケージと同様であるが、図３（ｂ）の工程において、
ＱＦＰ６０の場合には、ＢＧＡ型パッケージとは異な
り、マスクスクリーン６２が正しい位置に移動してもマ
スクスクリーンの開口部とパッケージのリード端子６１
とは嵌合しないので、目視によってマスクスクリーンの
開口部とリード端子６１の位置を合わせる必要がある。
その他の工程はＢＧＡ型パッケージの場合と同じであ
る。以上のように、はんだボール以外の形状の端子を有
するパッケージにも、本発明の治具を使用してクリーム
はんだを良好な転写率をもって印刷／塗布することがで
きる。

【００２２】次に、本発明の治具を使用してパッケージ
のはんだボールの再生を行う場合について説明する。上
記した実施例においては、プリント基板からＢＧＡ等の
パッケージを取り外し、別の新品のパッケージを取り付
ける例を開示したが、取り外したパッケージが正常な場
合には、該パッケージのはんだボールを再生することに
よって再利用が可能となる。

【００２３】図４は、本発明の治具を使用してはんだを
除去したＢＧＡ型パッケージにはんだボールを再生する
工程を示す説明図である。まず、再生するパッケージの
はんだを全て除去する。そして、はんだを除去したパッ
ケージ５０を基台２２の中央に配置し、その上にパッケ
ージ５０のランド５１と対応するマスクスクリーン１１
をピン２４にガイドさせて乗せ、ランド５１とマスクス
クリーンの開口部とを目視によって位置合わせする（図
４（ａ））。

【００２４】次に、吸引装置７２を稼働させ、弁７０、
７１を開いて、マスクスクリーン１１が側壁２０の溝２
１に吸着するまで基台２２を下げていく（図４
（ｂ））。マスクスクリーン１１が吸着した後に、マス
クスクリーン１１の上からクリームはんだ５２をへら４
１で塗り、基台をゆっくり下降させることにより、ラン
ド５１の上にクリームはんだ５２を印刷する（図４
（ｃ））。

【００２５】次に、マスクスクリーン１１を取り除き、
はんだボールの直径より２割程度大きな孔を設けた別の
マスクスクリーン５５を取り付けて、刷毛等を使用して
市販のはんだボール５３をマスクスクリーン５５の開口
部に詰めていく。このとき基台２２はマスクスクリーン
５５からはんだボール５３の直径分程度下降した位置に
止めておく。余分なはんだボールを除去した後に、平ら
な板５４を上から押し当ててはんだボール５３をクリー
ムはんだ５２の中へ押し込み、接着する。

【００２６】基台２２をゆっくり下降させることによっ
て、ランド上にはんだボールがクリームはんだによって
接着されたパッケージが得られる。このパッケージを治
具から取り外して熱風等によって加熱することにより、
はんだボール及びクリームはんだが溶融し、冷却すると
はんだの表面張力によって球形に固化して、はんだボー
ルが再生される。

【００２７】次に、基台の昇降等を自動化する実施例に
ついて説明する。上記した実施例においては基台の昇降
は手動で行っているが、例えば図１、２のつまみ２５を
ステッピングモータ等によって駆動することも可能であ
る。この場合には、基台の移動範囲を規制するリミット
スイッチを装着し、プログラム可能な制御装置によって
各工程毎に基台の位置を自動的に移動することが可能で
ある。また、弁装置７０、７１として電磁弁を使用する
ことによってやはり制御装置によって制御を行うことが
できる。

【００２８】なお、マスクスクリーン１１が溝２１に吸
着したことを検出して基台２２の下降を停止させるため
に、連通孔３２内の圧力を検出する圧力検出素子を装着
し、連通孔３２内の圧力が急に減少したことにより、マ
スクスクリーン１１の吸着を検出するようにしてもよ
い。

【００２９】以上、本発明の実施例を開示したが、本発
明には下記のような変形例も考えられる。実施例におい
ては、クリームはんだの塗布後に基台を手動でゆっくり
下降させることによって版離れを行う例を開示したが、
この際にクリームはんだがマスクスクリーンから離れず
に残ってしまうと、作業のやり直しとなってしまう。そ
こで、手動あるいはモータによって自動的に基台を下降
させる際に、基台を細かく上下動させてから、あるいは
上下動させながら基台をゆっくり下降させることによ
り、クリームはんだの転写率を向上させることができ
る。また、治具の内部空間を密閉構造とし、版離れの際
に前記密閉空間の加圧、開放を高速で繰り返すことによ
ってマスクスクリーンを振動させ、その後基台をゆっく
り下降させるようにしてもよい。更に、版離れの際に前
記密閉空間を真空吸引することによって開口部に充填さ
れたクリームはんだが下方に吸引され、転写率が向上す
る。

【００３０】実施例においては位置決め用のピン２４を
備えた治具を開示したが、ピン２４が無くても本発明の
実施は可能である。実施例においては部品やマスクスク
リーンの固定用に吸着手段を使用する例を開示したが、
例えば板バネによって押さえる、あるいは保持部材によ
って部品の側面を挟持するなど機械的な固定手段を用い
てもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
平らな基台上に部品を搭載し、マスクスクリーンと部品
との位置合わせを行った後に部品固定手段によって実装
部品を基台に固定してクリームはんだの印刷し、印刷
後、昇降手段によって実装部品をマスクスクリーンから
引き離すように構成したので、クリームはんだの転写率
が良好なはんだ印刷をもって修正作業や再生作業を行う
ことができるという効果がある。また、１つの治具で任
意の形状、厚さの実装部品にクリームはんだの印刷やは
んだボールの再生等の作業を実施可能であるという効果
もある。更に、簡単な構成で位置決めが可能であり、治
具のコスト削減を図ることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したはんだ印刷用治具の構成を示
す斜視図である。

【図２】はんだ印刷用治具の構造を示す平面図および側
面図である。

【図３】実装部品にクリームはんだを印刷する工程を示
す説明図である。

【図４】実装部品のはんだボールを再生する工程を示す
説明図である。

【図５】ＱＦＰにクリームはんだを印刷する工程を示す
説明図である。

【図６】本発明の治具と吸引装置７２との接続状態を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０…はんだ印刷用治具、１１…マスクスクリーン、１
２…実装部品、１３…位置決め用の孔、１４…開口部、
２０…側壁、２１…溝、２２…基台、２３…吸着器、２
４…位置決め用ピン、２５…つまみ、２６、２７…パイ
プ、３０…昇降装置、３２…連結孔、３３…ベース部
材、３４、３５…ピン、４０…はんだボール、４１…へ
ら、４２、４３…クリームはんだ、５０…パッケージ、
５１…ランド、５２…クリームはんだ、５３…はんだボ
ール、５４…平らな板、５５…マスクスクリーン、６０
…ＱＦＰパッケージ、６１…リード端子、６２…マスク
スクリーン、７０、７１…弁装置、７２…吸引装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12 H05K 3/34 505 H05K 3/34 509

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクスクリーンを載置するマスクスクリ
   ーン固定台と、 前記マスクスクリーン固定台の内部に配置され、前記実
   装部品を載置する基台と、 前記マスクスクリーンを前記マスクスクリーン固定台に
   固定するとともに、前記実装部品を前記基台に固定する
   吸引手段と、 前記基台を昇降させる昇降手段とを有することを特徴と
   するはんだ印刷装置。
2. 【請求項２】前記基台あるいは前記マスクスクリーンの
   いずれか一方を細かく上下動させる加振手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷装置。